I. Podstawy: Czym są Soczewki optyczne?
Soczewki optyczne to elementy, które zmieniają kierunek rozchodzenia się światła poprzez załamanie lub odbicie.
Podstawowe funkcje:
Ogniskowanie, kolimacja, rozszerzanie wiązki, redukcja wiązki, obrazowanie i ochrona.
Typowe podstawowe kształty:
a.Soczewka wypukła:
Gruba w środku i cienka na krawędziach, co powoduje skupianie się światła (skupianie się w jednym punkcie).
b.Soczewka wklęsła:
Cienkie w środku i grube na krawędziach, co powoduje rozchodzenie się światła (rozprzestrzenianie się od środka na zewnątrz).
II. Typowe typy soczewek optycznych w przemyśle laserowym
Okna ochronne:
1. Lokalizacja: Zainstalowany u dołu głowicy lasera w celu ochrony wewnętrznych soczewek przed zanieczyszczeniem lub uszkodzeniem przez zanieczyszczenia.
2. Cechy: Wysoka przepuszczalność, odporność na ciepło i zabrudzenia.
3. Materiały powszechnie stosowane: kwarc, topiona krzemionka.
1. Funkcja: Koncentrowanie wiązek laserowych w małych punktach w celu zwiększenia gęstości energii, wykorzystywane do cięcia, spawania, znakowania itp.
2. Popularne ogniskowe: 50 mm, 100 mm, itd.
3. Materiał: Zwykle ZnSe (selenek cynku), idealny do laserów CO₂ o długości fali 10,6 μm.
1. Funkcja: zamiana rozbieżnych wiązek laserowych na światło równoległe w celu ich późniejszego skupienia.
2.Zastosowania: Lasery światłowodowe i głowice laserowe.
Funkcja: Zwiększenie średnicy wiązki laserowej przy jednoczesnym zmniejszeniu kąta rozbieżności, co poprawia jakość przetwarzania.
III. Porównanie materiałów soczewek optycznych
| Materiał | Charakterystyka | Typowe zastosowania |
| Kwarc | Wysoka przepuszczalność, odporność na ciepło, odporność na korozję | Okna ochronne, lustra skanujące |
| Topiona krzemionka | Bardzo niska rozszerzalność cieplna, wysoka czystość | Lasery dużej mocy, lasery ultrakrótkie |
| Szkło K9 | Niski koszt, łatwość obróbki, ale słaba odporność na ciepło | Ogólne obiektywy obrazowe, sprzęt pomiarowy |
| ZnSe (Selenek cynku) | Wysoka przepuszczalność dla laserów CO₂ (10,6μm), krucha, toksyczna | Cięcie laserem CO2, znakowanie laserem CO2 |
| Szafir | Ekstremalna twardość, odporność na zarysowania | Okna najwyższej jakości, osłony ochronne |
IV. Rodzaje powłok soczewek optycznych
Soczewki optyczne często posiadają specjalistyczne powłoki poprawiające parametry:
1. Powłoka antyrefleksyjna (AR): zmniejsza odbicie powierzchni, poprawia transmisję światła. Dostępne w opcjach jedno- lub wielopasmowych.
2. Powłoka o wysokim współczynniku odbicia (HR): odbija niemal całe padające światło w określonym zakresie długości fal.
3. Powłoka rozdzielająca wiązkę światła: rozdziela światło na określone proporcje (np. 50% odbicia + 50% transmisji).
4. Powłoka DLC (Diamond-Like Carbon): odporna na zarysowania i korozję, stosowana w soczewkach ochronnych.
V. Przykłady zastosowań soczewek optycznych
| Scenariusz aplikacji | Wymagane typy soczewek |
|---|---|
| Maszyny do cięcia laserowego | Soczewki skupiające, okna ochronne, soczewki kolimatorowe |
| Ręczne spawarki laserowe | Soczewki skupiające, okna ochronne |
| Maszyny do znakowania laserowego | Rozszerzacze wiązki, soczewki skupiające, soczewki polowe |
| Lasery medyczne (np. dermatologiczne) | Soczewki skupiające, okna ochronne |
| Mikroskopy, teleskopy, obiektywy fotograficzne | Soczewki wypukłe/wklęsłe, soczewki sferyczne |
VI. Przewodnik po wyborze soczewek optycznych
1. Jak wybrać ogniskową?
Ogniskowa określa zdolność obiektywu do skupiania wiązek laserowych, co ma wpływ na rozmiar plamki i głębokość przetwarzania.
| Długość ogniskowej | Charakterystyka | Zalecane zastosowania |
|---|---|---|
| Krótkie (50mm, 75mm) | Szybkie ustawianie ostrości, mały rozmiar plamki, duża gęstość energii | Cięcie cienkich blach, precyzyjne spawanie |
| Średni (100 mm, 125 mm) | Wyrównuje prędkość i głębokość cięcia | Materiały o średniej grubości |
| Długie (150mm, 200mm) | Głębsze skupienie, odpowiednie do głębokiej penetracji | Cięcie grubych blach, głębokie spawanie |
Prosta zasada:
Materiały cienkie: Krótka ogniskowa.
Materiały grube: Długa ogniskowa.
2. Jak wybierać materiały?
Weź pod uwagę długość fali lasera i gęstość mocy:
| Charakterystyka | Zalecane zastosowania | ||
|---|---|---|---|
| Kwarc | 1064nm (lasery światłowodowe) | Odporny na ciepło, umiarkowany koszt, wysoki próg uszkodzeń | Cięcie/spawanie laserem światłowodowym |
| ZnSe | 10,6μm (lasery CO₂) | Wysoka przepuszczalność podczerwieni, kruche | Soczewki skupiające laser CO₂ |
| Szafir | 1064nm i światło widzialne | Ekstremalna twardość, odporność na zarysowania | Okna ochronne najwyższej jakości |
| Topiona krzemionka | 266nm/355nm (UV), 532nm (zielony), 1064nm | Wysoka czystość, odporność na promieniowanie UV | Znakowanie laserowe UV, obróbka laserem zielonym |
3. Wymagania dotyczące zasilania obiektywów
Większa moc lasera wymaga lepszej odporności na ciepło i progów uszkodzeń laserowych.
| Zakres mocy lasera | Zalecana konfiguracja obiektywu |
|---|---|
| 0–1500 W | Okienko ochronne z kwarcu + standardowa soczewka skupiająca z powłoką AR |
| 1500 W–3000 W | Kwarc odporny na wysokie temperatury + soczewka skupiająca o dużej mocy |
| Powyżej 3000 W | Soczewka kwarcowa premium + HR/powłoka anty-zanieczyszczeniowa |